عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی و طراحی یک درایو الکترودینامیکی جهت استفاده در کلیدهای فوق سریع
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده برق و کامپیوتر شماره ثبت: E1874;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 49201
- تاریخ دفاع
- ۰۴ خرداد ۱۳۹۰
- دانشجو
- پیمان دردی زاده بصیرآباد
- چکیده
- مهمترین محدودیتی که در استفاده از کلیدهای رایج کنونی در سیستم های فشار قوی وجود دارد این است که این کلیدها به ? دلیل نمی توانند به عنوان کلید های محدود کننده جریان (مخصوصا جریان اتصال کوتاه) مورد استفاده قرار گیرند: ?? سیستم درایو آنها بسیار کند بوده و نمی تواند در عرض چند میلی ثانیه باعث حرکت کنتاکت متحرک شود. ?? ولتاژ آرک در این کلیدها نمی تواند تا چندین کیلوولت در عرض چند میلی ثانیه افزایش پیدا کند. یکی از راه حل های کارآمد جهت غلبه بر مشکلات فوق استفاده از کلید های فوق سریع با استفاده از درایو الکترودینامیکی میباشد. اساس کار این درایوها، استفاده از نیروی دافعه مغناطیسی جهت شتاب دادن به کنتاکت متحرک کلید میباشد. کلیدهای فوق سریع در سیستمهای هایبریدی و همچنین در قطع سنکرون جریان در شبکه دارای کاربرد میباشند. این کلیدها باید دارای قابلیت تحمل ولتاژ بالایی بوده و می توانند جریان حالت وصل بالایی را از خود عبور دهند. مزیت دیگر این کلیدها این می باشد که، از آنجاییکه سرعت حرکت کنتاکت متحرک در این کلیدها بسیار بالا می باشد، نیازی به خنک کردن آرک تولید شده در هنگام قطع جریان ندارند. سرعت حرکت کنتاکت متحرک در کلیدهایی که به طور معمول از آنها استفاده می شود (کلیدهای گازی و کلیدهای خلا رایج در صنعت) در حدود ? الی ? متر بر ثانیه می باشد. روش مورد استفاده در این گونه کلیدها جهت حرکت کنتاکت متحرک کلید معمولا به این صورت است که از یک یا چند فنر شارژ شده استفاده می کنند؛ با رسیدن فرمان قطع مدار، انرژی فنرها در یک لحظه تخلیه شده و باعث حرکت کنتاکت متحرک میشود. در کلیدهای فوق سریع با استفاده از درایو الکترومکانیکی سعی بر آن است که سرعت حرکت کنتاکت متحرک را تا چند ?? متر بر ثانیه افزایش دهیم تا بتوانیم عملیات قطع موفق کلید را در عرض چند میلی ثانیه انجام دهیم. در بخش اول این پروژه تلاش شده است که با تکیه بر ابزارهای شبیه سازی پیشرفته در چارچوب نرم افزارهای دارای پایه حل مسئله به روش المان محدود، به شبیه سازی حرکت کنتاکت متحرک در یک کلید بازشونده سریع که از درایو الکترودینامیکی استفاده می کند، پرداخته شود. در این راستا، ساختاری تحت عنوان ساختار پایهای معرفی گردیده و سپس تاثیر عوامل مختلف در پروسه حرکت کنتاکت به صورت مجزا مورد بررسی قرار گرفته است. در انتها نیز راهکارهایی عملی جهت پیاده سازی این درایو در اختیار خواننده قرار داده شده است. در شبیهسازیهای انجام شده در این پروژه نشان داده شده است که با داشتن انرژی اولیه ? کیلوژول 42 رساند، و در نتیجه در زمان تقریبی ? ???? ????? در بانک خازنی می توان سرعت حرکت کنتاکت متحرک را به میلی ثانیه (با فرض طی مسیر ? سانتیمتری توسط کنتاکت متحرک) مسیر جریان را قطع نمود. در بخش دوم پروژه با هدف ارزیابی صحت شبیه سازی های انجام شده، به انجام آزمایش های مختلفی دست زده شده است. نتایج آزمایشها در تطابق قابل قبولی با خروجی های گرفته شده از شبیهسازیهای کامپیوتری بودند. در انتهای این بخش نیز، گزارشی از یک نمونه آزمایشی ساخته شده از کلید بازشونده سریع ارائه گردیده است. این نمونه آزمایشی در اداره ثبت اختراعات ایران به ثبت رسیده است.
- Abstract
- The most important limitation of conventional circuit breakers in high voltage systems is that its switching principle does not feature a fault current limiting functionality (especially short circuit current) for two reasons: 1- The drive system is too slow to force moving contact to move in few milliseconds. 2- The arc voltage cannot be raised up to many kV within few milliseconds. Mentioned problems could be solved using electrodynamic driven ultra-fast switches which utilize the fundamental idea of accelerating moving contact by means of electromagnetic repelling force. Ultra-fast switches are most useful in hybrid switching systems and synchronous switching purposes in power network. These switches should be capable of withstanding high voltage levels and also high on-state current carrying capacity. Another noteworthy advantage of these switches is, that due to its high velocity of contact movement, likely produced arc during current interruption is not required to be cooled. The approximate velocity of moving contact in most conventional circuit breakers such as common vacuum CBs or SF6 CBs, is in the range of 4 to 5[m?s]. The method used in these breakers is to release the stored energy in one or several charged springs in order to make moving contact accelerate and finally intercept the circuit’s current; while in electrodynamically driven switches the velocity is increased up to several 10[m?s] to accomplish the interruption process in less than 1 millisecond. The present thesis report is divided to 2 main parts. In the first part, with the aid of advanced programming tools in a finite element method (FEM) based software, detailed simulation of process of contact’s movement in a fast opening switch which utilizes a electrodynamic drive, is presented. In this part, first, a so-called basic configuration for a electrodynamic drive is introduced and then the effect of different parameters in the process of contact’s movement is scrutinized individually. With the help of simulations carried out in this part, it is shown that 5[kJ] initial stored energy in capacitor bank will result in final velocity 42[m?s] for moving contact, consequently intercepting the current in approximately 1 millisecond by moving contact travelling4[cm]. Second part of the present report is devoted to carried out experiments with the purpose of approving the simulation obtained results. The outcomes of experiments were in acceptable agreement with those of simulations. Finally, in the end of this part, a brief description of a fast opening switch prototype which is registered in the Patents Office of Iran is presented.
